Uma previsão incrivelmente otimista para o futuro próximo é feita pelo portal " Boas notícias Rússia". Além disso, diz respeito não só ao nosso país, mas igualmente ao resto do mundo:
As revoluções são sociopolíticas (socialistas, burguesas, de cor), e existem as científicas e técnicas (NTR). A revolução energética é uma espécie de revolução científica e tecnológica.
Revolução (lat. revolutio) é uma revolução, uma transformação - uma mudança radical, radical, profunda, qualitativa, um salto no desenvolvimento.
Qual é a revolução energética no limiar da qual nosso mundo se encontra?
Que revolução no campo da energia nos espera? Qual é a mudança qualitativa? Qual será o salto no desenvolvimento e como isso acontecerá?
Tudo vistas modernas os engenheiros de energia têm várias desvantagens, a maioria das quais é alto custo (instalações, conexões, quilowatts) ou baixa disponibilidade.
Quem já lidou com a conexão à rede sabe que existem muitos problemas e que a acessibilidade deixa muito a desejar. Sim, e o custo também.
O gás - um dos tipos de combustível mais baratos e ecológicos - não está disponível em todos os lugares. Puxe o gasoduto para remoto assentamentos muito difícil. O gás liquefeito é caro. Uma caldeira a gás também custa muito. Não é difícil comprar um cilindro de gás e conectá-lo ao fogão, mas o aquecimento e o fornecimento de eletricidade à casa não são resolvidos com a compra de um cilindro. Além disso, o gás é explosivo.
Diesel, óleo combustível - para uso em caldeiras (geradores) é ainda mais caro que o gás. Para uso em fazendas pessoais (de meio período), você pode colocar um gerador, mas a eletricidade de saída será bastante cara. E o gerador também custa dinheiro.
A energia hidrelétrica requer a construção de usinas hidrelétricas - estes são grandes custos de capital. E a operação também está longe de ser gratuita. E não está disponível em todos os lugares. E efeitos colaterais para ecologia. Enfim, está longe de ser perfeito. Não é adequado para pequena geração.
A energia nuclear está associada ao risco de acidentes (Chernobyl, Fukushima), e não importa o quanto estejamos convencidos de que as usinas nucleares modernas são absolutamente confiáveis, ainda não é muito confortável viver ao lado de uma unidade de energia nuclear. Além disso, as usinas nucleares geram combustível irradiado, e é radioativo, precisa ser armazenado em algum lugar, de preferência em local seguro para que não haja vazamento. E a construção de uma usina nuclear é novamente um alto custo de capital. Pequenas usinas nucleares não existem e não podem existir, pelo menos por razões de segurança.
A energia solar é cara e nem sempre eficiente com base no número de dias ensolarados em um ano. É adequado para fornecer energia a aldeias remotas e casas isoladas em regiões ensolaradas, mas onde é necessária alta energia e há poucos dias ensolarados, não é adequado.
A geração eólica está se desenvolvendo gradualmente, o tamanho e a potência dos geradores estão crescendo, o custo da energia está diminuindo, mas esse tipo de energia também não pode ser chamado de panacéia. Não muito barato e não muito estável. E não se aplica em todos os lugares.
Ainda não existe uma fonte ideal de energia
Alguns são caros, outros não estão disponíveis em todos os lugares, outros são perigosos. E todos eles são muito limitados em capacidade, eles não permitem aumentar arbitrariamente o consumo conforme necessário - elementos de combustível extras não podem ser inseridos em usinas nucleares em excesso da capacidade de projeto, o gasoduto não pode ser expandido e algumas turbinas adicionais não podem ser adicionados a usinas hidrelétricas.
Em geral, restrições sólidas ...
Um exemplo vívido das deficiências da energia moderna é a história da Crimeia, quando a península enfrentou uma escassez de energia que não pôde ser rapidamente reposta. Não havia geradores suficientes, não era possível construir rapidamente uma usina a gás, nem mesmo esticar um cabo pelo estreito - e isso levou um tempo significativo.
E não só a disponibilidade de energia deixa muito a desejar, mas o custo também.
A energia representa uma parte significativa do custo de todos os bens e serviços, porque a energia e o combustível (transportador de energia) são usados em todas as etapas de produção e entrega.
Os equipamentos industriais funcionam com eletricidade, os fornos funcionam com gás ou novamente com eletricidade, o custo do transporte ferroviário também inclui o custo da eletricidade. O custo dos serviços de transporte motorizado inclui o custo do combustível.
As contas de serviços públicos consistem quase inteiramente no custo da energia - luz, água quente aquecimento é toda energia. E até o custo água fria depende do custo da energia, pois a água é bombeada por bombas elétricas.
O custo do cimento (que é uma parte significativa do custo da habitação) também depende muito do custo da eletricidade e do combustível. O custo do alumínio (um dos principais materiais modernos) consiste quase inteiramente no custo da eletricidade, pois o alumínio é produzido por eletrólise.
A participação da energia e do combustível no custo de vários bens e serviços varia muito, mas em quase todos os lugares é bastante alta, dados os custos da energia em todas as etapas da produção, desde a extração, purificação e processamento de matérias-primas.
Portanto, quero que a energia seja mais barata e mais acessível.
Eu gostaria que a escalabilidade fosse alta - de quilowatts a gigawatts, para que Cidade grande para fornecer energia barata a uma pequena aldeia e até a uma casa isolada. E para que funcione em todos os lugares, independentemente do número de dias de sol em um ano, da presença de vento, rios, terreno e outros fatores naturais. E para disponibilizar combustível. E para ser ecologicamente correto.
Mas é possível?
Existe uma fonte de energia que atenda a todos os critérios acima (disponibilidade, escalabilidade, baixo custo de instalação e operação, respeito ao meio ambiente)?
Não existe essa fonte no mercado hoje.
Todas as fontes de energia existentes têm certas desvantagens e limitações - seja uma instalação relativamente barata, mas energia cara, ou altos custos de capital, ou riscos ambientais, ou outras limitações.
Num futuro próximo haverá uma nova fonte de energia
Uma fonte que terá alta escalabilidade (de um quilowatt a um gigawatt), e a possibilidade de instalação generalizada (de grandes cidades e instalações industriais a pequenas cidades e casas individuais), e respeito ao meio ambiente e baixo custo da energia recebida ( várias vezes ou mesmo várias dez vezes mais barato do que todos os existentes).
Energia que será muitas vezes e dezenas de vezes mais acessível tanto em termos de custo quanto de possibilidades de instalação em qualquer área - nas montanhas, no extremo norte, em aldeias remotas, em ilhas e penínsulas.
Cada empreendimento poderá custear a instalação de sua própria usina, que produz energia mais barata do que a atualmente disponível em qualquer rede.
Para a construção de uma vila ou de um novo conjunto habitacional, não será necessário obter o desvio de energia de usinas hidrelétricas, termelétricas ou usinas nucleares existentes - será possível instalar sua própria unidade de energia.
Uma redução múltipla no custo da energia levará a uma mudança nos preços de todos os bens e serviços, disponibilizará novos materiais e tecnologias que hoje não são rentáveis devido aos altos custos de energia.
A revolução energética trará consigo grandes mudanças em todas as outras áreas, talvez também revolucionárias.
Seguindo o setor de energia, a estrutura da economia mudará e, seguindo a economia, a estrutura sociopolítica também mudará.
Mas que nova fonte de energia levará à revolução energética global e a todas as mudanças que se seguirão a ela?
De onde virão quilowatts, megawatts e gigawatts baratos em qualquer lugar e quantidade, e mesmo com a condição de limpeza ambiental?
Energia de fusão nuclear
A indústria de energia nuclear que existe hoje é baseada em reações de fissão de elementos radioativos pesados (isótopos de urânio são usados na operação de usinas nucleares). É isso que causa a alta complexidade e custo das usinas nucleares, as graves consequências dos acidentes e os problemas com o combustível irradiado.
O combustível radioativo é difícil e caro de produzir, usar e descartar. Altos custos e riscos afetam o custo da energia recebida e não permitem a construção de pequenas usinas nucleares em qualquer lugar e em qualquer lugar, transferindo-as para operação de pessoal não treinado e descontrolado.
No entanto, juntamente com as reações de fissão, existem reações de fusão que proporcionam um rendimento energético muito maior e, ao mesmo tempo, não se formam isótopos radioativos na saída, o que significa que não há problemas com o combustível irradiado.
Os produtos da fusão nuclear são quase sempre isótopos estáveis que não diferem dos que existem na natureza. Existem, é claro, reações de fusão com a liberação de isótopos radioativos, mas ninguém as obriga a serem realizadas.
Muito tem sido dito e escrito sobre as perspectivas da energia de fusão nuclear há muito tempo.
A revolução energética associada ao desenvolvimento da tecnologia de fusão nuclear era esperada no final do século passado - eles estavam esperando, mas nunca o fizeram.
Cerca de meio século atrás, começaram as tentativas de lançar fusão nuclear e assim fornecer ao mundo inteiro energia limpa e praticamente inesgotável (1 grama de substância sintetizada dá mais energia do que 100 litros de gasolina, apesar do fato de que qualquer coisa pode potencialmente ser combustível em reações de síntese, incluindo água comum).
No entanto, as tentativas de iniciar reações de fusão na prática esbarraram em uma barreira de Coulomb, que acabou sendo muito difícil de superar.
A barreira de Coulomb é a força repulsiva dos núcleos atômicos, que impede sua fusão (síntese). É precisamente por causa da barreira de Coulomb que a fusão nuclear não circula por toda parte por si mesma. Sem essa barreira, toda a matéria teria se transformado há muito tempo em ferro e vários outros elementos pesados.
Por causa da mesma barreira de Coulomb, uma explosão termonuclear não pode causar uma reação em cadeia durante a qual todo o planeta queimaria. Em uma explosão termonuclear, a fusão nuclear ocorre apenas no volume de matéria que foi "incendiada" no momento da explosão do primeiro estágio, que é uma carga nuclear de fissão convencional.
Por meio século, desde o surgimento de ideias sobre o uso de reações de fusão nuclear em economia nacional, as tentativas de criar a energia da síntese colidiram de forma estável contra essa mesma barreira de Coulomb.
Tokamaks (uma espécie de reatores de fusão) foram construídos (e continuam a ser construídos) um mais do que o outro, no entanto, uma produção de energia positiva que excederia os custos de aquecimento e retenção de plasma de alta temperatura dentro de um donut magnético (torus, daí o nome - tokamak, bobina magnética toroidal) - como não era, não era. E há razões para acreditar que isso nunca acontecerá.
Mas se todas as tentativas de lançar uma fusão nuclear energeticamente eficiente até agora colidiram contra a barreira de Coulomb, se os tokamaks ainda não deram uma produção de energia positiva e não se sabe se eles vão dar, de onde vem a previsão de uma revolução energética iminente a partir de?
LENR ou LENR - fusão nuclear de baixa energia
Juntamente com as tentativas de construir tokamaks e lançar a fusão nuclear em plasma de alta temperatura, há uma direção que muitas vezes é chamada de fusão a frio, embora esse não seja o termo correto, o que engana muitos.
A conclusão é que a fusão nuclear pode ocorrer não apenas em plasma de alta temperatura, mas também sob outras condições, em particular, com uma poderosa descarga elétrica, na qual os núcleos dos átomos adquirem energia suficiente para a fusão (portanto, é incorreto para chamar essa fusão de frio, a energia transmitida às partículas em este caso não menos do que no plasma de alta temperatura). Outras condições foram descobertas sob as quais a fusão nuclear “quente” ocorre - em temperaturas “abaixo do plasma, mas acima da temperatura ambiente”.
Por muito tempo a ciência acadêmica não reconheceu a própria possibilidade de fusão nuclear sob quaisquer condições que não o plasma de alta temperatura. Uma exceção foi feita para "catálise de mésons", em que a fusão não exigia o aquecimento da substância, mas não era energeticamente lucrativa, pois o custo de obtenção dos mésons é maior que o rendimento energético da fusão.
Vários cientistas que realizaram pesquisas no campo da fusão de baixa energia (LENR) foram duramente criticados pela comunidade acadêmica, declarados "alquimistas" e alguns até foram demitidos de seus institutos "por heresia".
Mas por mais que os “ortodoxos da física” afirmem que a fusão nuclear não pode ocorrer em baixas energias, porque também não pode ser feita - as pesquisas nessa área continuaram, novos centros de pesquisa se juntaram a eles, o financiamento aumentou, a base experimental cresceu e .. No final, descobriu-se que o impossível ainda é possível, e a fusão nuclear ocorre não apenas no plasma de alta temperatura, mas também em outras condições e estados da matéria.
Por últimos anos uma série de experimentos sobre a implementação de fusão "quente" e fusão em descargas elétricas foram repetidos por vários grupos de pesquisa independentes, alcançando um efeito reprodutível estável e, o mais importante, obtendo um rendimento energético positivo, que acabou sendo maior do que no urânio reações de fissão (como deveria ser, porque as reações de fusão são energeticamente mais poderosas do que as reações de fissão).
Além disso, várias teorias foram desenvolvidas ao mesmo tempo, explicando exatamente como os núcleos dos átomos conseguem superar a teimosa barreira de Coulomb e por que isso acontece sob condições estritamente definidas.
Ainda não há consenso na comunidade científica sobre qual das teorias está correta. Há também aqueles que continuam a repetir teimosamente "isso não pode ser, porque nunca pode ser". Mas o reconhecimento dos fatos é inevitável, assim como o refinamento da base teórica para um único estado reconhecido pela comunidade científica.
A barreira de Coulomb foi superada
A barreira de Coulomb foi superada em todos os sentidos, e agora o surgimento de reatores nucleares operando nos princípios da fusão é principalmente uma tarefa de engenharia e uma questão de tempo.
Claro, antes do aparecimento dos reatores industriais de fusão nuclear, pode levar muitos anos. Talvez até várias décadas. O caminho de uma planta piloto para um projeto industrial nem sempre é fácil. E a ciência deve chegar a um consenso sobre os fundamentos físicos dessas reações; sem isso, o processo de implementação ficará muito paralisado.
Como exemplo, podemos relembrar a história da construção de helicópteros. Os primeiros helicópteros experimentais surgiram no início do século 20, mas eram perigosos, instáveis e ineficientes. Apenas algumas décadas depois, após a Segunda Guerra Mundial, foi possível desenvolver helicópteros confiáveis e realmente eficientes, colocá-los em produção e transformá-los de modelos experimentais em industriais.
É provável que os reatores de fusão nuclear sigam o mesmo caminho - de instalações experimentais operando hoje a equipamentos industriais que começarão a ser produzidos em 10-20 anos.
Mas o mais importante já aconteceu - foram criadas amostras experimentais de reatores de fusão, os pesquisadores alcançaram um efeito reprodutível estável e uma produção de energia positiva que excede a produção de energia das barras de combustível usadas nas modernas usinas nucleares.
Os protótipos nos permitem concluir que os reatores de fusão serão muito escaláveis - a potência efetiva mínima começará a partir de alguns quilowatts, e a unidade de potência dessa potência pode ser do tamanho de uma unidade de sistema de computador. O custo de instalação por quilowatt de energia será menor do que qualquer gerador existente. O custo do combustível (carga) será insignificante devido ao uso de uma substância onipresente.
Não vou listar os pesquisadores e instalações experimentais em que o efeito da fusão nuclear foi obtido neste material, porque eles merecem uma revisão separada, que prepararei e publicarei adicionalmente.
Por enquanto, indicarei apenas os países em que os estudos foram realizados e os resultados positivos foram obtidos - são Rússia, Japão, Itália e Estados Unidos. Ao mesmo tempo, a primeira instalação de fusão nuclear, aparentemente, foi criada na URSS, mas o projeto não recebeu desenvolvimento oportuno e foi fechado.
É especialmente importante que os cientistas da China tenham conseguido reproduzir o efeito da fusão nuclear e, se algo foi reproduzido na China, o aparecimento de desenhos industriais não pode ser interrompido.
A energia da fusão nuclear está se transformando da fantasia em realidade.
O mundo está à beira de uma revolução energética que não pode ser cancelada.
Não para cancelar todas as outras revoluções que se seguirão à energética, porque a energia é a base de tudo - produção, transporte, suporte de vida, a base de toda a economia. E a economia é a base da política e da ordem social. Portanto, a revolução energética será seguida por todas as demais, até as sociopolíticas.
Página 1
As reações de fusão nuclear são chamadas de termonucleares porque a única maneira de iniciar reações é aquecer o combustível nuclear a uma temperatura alta.
A reação de fusão nuclear também pode servir como fonte de energia.
As reações de fusão nuclear requerem temperaturas altas e pressão.
O hidrogênio-3 é o mais fácil de entrar na reação de fusão nuclear, mas está presente em atmosfera da Terra em quantidades tão pequenas, e a sua produção está associada a custos muito elevados, que a própria viabilidade da sua utilização como combustível é posta em causa.
Essa reação é chamada de reação de fusão nuclear, pois o resultado da combinação de núcleos é um núcleo mais pesado.
Para que uma reação de fusão nuclear comece, é necessário atingir uma temperatura da ordem de um milhão de graus. Uma vez que os únicos meios atualmente conhecidos de atingir tais temperaturas são reações de fissão nuclear, uma bomba atômica baseada em fissão é usada para excitar a reação de fusão de hidrogênio. Supõe-se que a energia liberada pelas estrelas, incluindo o nosso Sol, é formada como resultado de reações de fusão nuclear, semelhantes às reações acima. Dependendo da idade e da temperatura da estrela, núcleos de carbono, oxigênio e nitrogênio, bem como isótopos de hidrogênio e hélio, podem participar de tais reações.
O principal problema com a reação de fusão é desenvolver uma tecnologia que possa reter um gás de partículas carregadas, um plasma a uma temperatura da ordem de muitos milhões de graus por um longo tempo para liberar a quantidade necessária de energia, enquanto o plasma está em um estado isolado. Existem dois métodos pelos quais esse processo é controlado: o método dos campos magnéticos e o método de retenção de átomos de hidrogênio pesados com a ajuda de lasers poderosos. Este método é a maneira mais fácil de realizar a fusão nuclear, que envolve deutério e trítio e que ocorre em um plasma mantido por campos magnéticos a uma temperatura superior a 100 milhões C. Os produtos finais da reação de fusão são íons de hélio (He -4) e nêutrons. Cerca de 80% da energia liberada como resultado da fusão vem de nêutrons. Os sistemas de transferência de calor e conversão de calor, que são o próximo passo, são semelhantes aos usados em reatores nucleares divisão.
Aprender a gerar energia útil através da fusão nuclear é importante principalmente porque fusão termonuclearé uma fonte de energia quase inesgotável. O custo do combustível de fusão é pequeno comparado ao custo dos combustíveis fósseis; está disponível em todos os lugares, e o processo de obtê-lo tem apenas um impacto menor no meio ambiente. Além disso, embora a energia termonuclear também seja um dos tipos energia Atômica, difere significativamente da energia atômica convencional, que é liberada durante a fissão de urânio, plutônio e tório. Comparado aos reatores de fissão nuclear e aos perigos que eles criam, um reator de fusão parece ser muito menos perigoso.
A taxa de liberação de energia como resultado de todas as reações de fusão nuclear que ocorrem a cada segundo acaba sendo um valor surpreendentemente pequeno, se expresso em calorias por grama de matéria. Será mais de 100 vezes menor do que a velocidade na qual corpo humano em um segundo libera calor no processo de seu metabolismo. Claro, a quantidade total de calor emitida pelo Sol não pode ser comparada com o calor do nosso corpo devido à quantidade extremamente grande da massa total do Sol. Mas surge a questão de como o Sol pode ser tão quente se a taxa de liberação de calor por grama de massa nele é 100 vezes menor do que em nosso corpo.
É geralmente aceito que a geração de energia por meio da fusão nuclear deve causar menos poluição. meio Ambiente do que por fissão nuclear. No entanto, deve-se levar em consideração que os materiais de construção das partes internas de um reator de fusão devem se tornar muito radioativos e muitas vezes precisam ser substituídos. Qual é a causa dessas complicações.
A abundância de um elemento está relacionada à estabilidade de seu núcleo e ao curso das reações de fusão nuclear dos elementos. De acordo com isso, existem regras aproximadas que determinam a abundância de um elemento. Assim, observou-se que elementos com pequenas massas atômicas são mais comuns do que elementos pesados. Além disso, as massas atômicas dos elementos mais comuns são expressas em múltiplos de quatro; elementos com números ordinais pares são várias vezes mais comuns do que seus elementos ímpares vizinhos.
As perspectivas verdadeiramente imensas para o desenvolvimento da base energética da produção prometem à sociedade o domínio de uma reação controlada de fusão nuclear. A solução do problema de controlar as reações termonucleares está na agenda da ciência soviética. Entre suas tarefas está a descoberta de caminhos conversão direta energia térmica, nuclear, solar e química em energia elétrica.
Se os prótons conseguirem se aproximar das distâncias r r0, ocorre uma reação de fusão nuclear, os nucleons formam um sistema ligado - o núcleo do átomo de deutério. O estado ligado corresponde ao modelo de uma partícula em um poço de potencial. Mas tal aproximação de partículas é impedida por uma barreira potencial. Para elucidar a possibilidade de uma reação, é necessário resolver o problema da passagem de partículas através de uma barreira em diferentes energias.
O lítio é uma fonte do isótopo pesado de hidrogênio, o trítio, que é usado em reações de fusão nuclear.
Quando criança, adorava ler a revista "Ciência e Vida", na aldeia havia um arquivo a partir dos anos 60. Lá eles costumavam falar sobre a fusão termonuclear de uma maneira alegre - está quase lá, e estará! Muitos países, para chegar a tempo da distribuição de energia gratuita, construíram Tokamaks (e montaram um total de 300 deles em todo o mundo).
Os anos se passaram... Estamos em 2013 e a humanidade ainda obtém a maior parte de sua energia da queima de carvão, como no século XIX. Por que isso aconteceu, o que impede a criação de um reator termonuclear e o que podemos esperar no futuro - sob o corte.
O mais realista e interessante em termos práticos são as seguintes reações de síntese:
1) 2 D+ 3 T -> 4 He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)
2) 2 D+ 2 D -> 3 T (1,01 MeV) + p (3,02 MeV) 50%
2 D+ 2 D -> 3 He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) 50%
3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV)
4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8,7 MeV
O deutério (D) é usado nessas reações - pode ser obtido diretamente de água do mar, Trítio (T) - um isótopo radioativo de hidrogênio, agora é obtido como resíduo em reatores nucleares convencionais, pode ser produzido especialmente a partir de lítio. Hélio-3 - como na Lua, como todos já sabemos. Boro-11 - o boro natural consiste em 80% de boro-11. p (Protium, átomo de hidrogênio) - hidrogênio comum.
Para comparação, a fissão de 235 U libera ~ 202,5 MeV de energia, ou seja, muito mais do que com uma reação de fusão baseada em 1 átomo (mas com base em um quilograma de combustível - é claro, o combustível termonuclear fornece mais energia).
De acordo com as reações 1 e 2, muitos nêutrons de alta energia são obtidos, o que torna todo o projeto do reator radioativo. Mas as reações 3 e 4 - "sem nêutrons" (aneutrônicos) - não produzem radiação induzida. Infelizmente, as reações colaterais ainda permanecem, por exemplo, da reação 3 - o deutério reagirá consigo mesmo e ainda haverá uma pequena radiação de nêutrons.
A reação 4 é interessante porque, como resultado, obtemos 3 partículas alfa, das quais, teoricamente, a energia pode ser removida diretamente (porque na verdade representam cargas em movimento = corrente).
Contudo, reações interessantes o suficiente. A única questão é quão fácil é implementá-los na realidade?
Sobre a complexidade da reação A humanidade dominou a fissão de 235 U com relativa facilidade: não há dificuldade aqui - já que os nêutrons não têm carga, eles podem literalmente "rastejar" pelo núcleo mesmo a uma velocidade muito baixa. Na maioria dos reatores de fissão, apenas esses nêutrons térmicos são usados - nos quais a velocidade do movimento é comparável à velocidade do movimento térmico dos átomos.
Mas durante a reação de fusão - temos 2 núcleos que têm carga e se repelem. Para aproximá-los da distância necessária para a reação, é necessário que eles se movam a uma velocidade suficiente. Essa velocidade pode ser alcançada em um acelerador (quando todos os átomos se movem na mesma velocidade ideal como resultado) ou por aquecimento (quando os átomos voam aleatoriamente em direções aleatórias e em uma velocidade aleatória).
Aqui está um gráfico mostrando a taxa de reação (seção transversal) versus a velocidade (= energia) dos átomos em colisão: 
Aqui está o mesmo, mas construído a partir da temperatura do plasma, levando em consideração o fato de que os átomos voam a uma velocidade aleatória: 
Vemos imediatamente que a reação D + T é a “mais fácil” (precisa de miseráveis 100 milhões de graus), D + D é cerca de 100 vezes mais lenta nas mesmas temperaturas, D + 3 Ele vai mais rápido que o concorrente D + D apenas a temperaturas da ordem de 1 bilhão de graus.
Assim, apenas a reação D + T é pelo menos remotamente acessível a uma pessoa, com todas as suas deficiências (radioatividade do trítio, dificuldades em obtê-la, radiação induzida por nêutrons).
Mas, como você entende, pegar e aquecer algo até cem milhões de graus e deixá-lo reagir não funcionará - quaisquer objetos aquecidos emitem luz e, portanto, esfriam rapidamente. Plasma aquecido a centenas de milhões de graus - brilha na faixa de raios-X, e o que é mais triste - é transparente para ele. Aqueles. O plasma com essa temperatura fatalmente esfria rapidamente e, para manter a temperatura, é necessário bombear constantemente energia gigantesca para manter a temperatura.
No entanto, devido ao fato de haver muito pouco gás em um reator termonuclear (por exemplo, no ITER - apenas meio grama), tudo não é tão ruim: para aquecer 0,5 g de hidrogênio a 100 milhões de graus, você precisa gastar aproximadamente a mesma quantidade de energia para aquecer 186 litros de água por 100 graus.
O projeto terminou em 30 de setembro de 2012. Descobriu-se que havia imprecisões no modelo de computador. De acordo com a nova estimativa, a potência de pulso alcançada no NIF é de 1,8 megajoules - 33-50% do que é necessário para liberar tanta energia quanto foi gasta. 
Sandy Z-machine A ideia é esta: pegue uma grande pilha de capacitores de alta tensão e descarregue-os abruptamente através de finos fios de tungstênio no centro da máquina. Os fios evaporam instantaneamente e uma enorme corrente de 27 milhões de amperes continua a fluir através deles por 95 nanossegundos. O plasma, aquecido a milhões e bilhões (!) de graus, emite raios X e comprime uma cápsula com uma mistura de deutério-trítio no centro (a energia de um pulso de raios X é de 2,7 megajoules).
Está planejado atualizar o sistema usando o russo usina elétrica(Driver de Transformador Linear - LTD). Em 2013, estão previstos os primeiros testes, nos quais a energia recebida será comparada com a energia gasta (Q=1). Talvez essa direção no futuro tenha a chance de comparar e superar os tokamaks. 
Denso Plasma Focus-DPF- "colapsa" o plasma que corre ao longo dos eletrodos para obter temperaturas gigantescas. Em março de 2012, foi atingida uma temperatura de 1,8 bilhão de graus em uma instalação que opera de acordo com esse princípio.
Dipolo Levitado- tokamak "invertido", no centro da câmara de vácuo está pendurado um ímã supercondutor toroidal que contém o plasma. Nesse esquema, o plasma promete ser estável por conta própria. Mas o projeto atualmente não tem financiamento, parece que a reação de síntese não foi realizada diretamente na instalação.
Fusor Farnsworth-Hirsch A ideia é simples - colocamos duas grades esféricas em uma câmara de vácuo cheia de deutério, ou uma mistura de deutério-trítio, aplicamos um potencial de 50 a 200 mil volts entre elas. Em um campo elétrico, os átomos começam a voar ao redor do centro da câmara, às vezes colidindo uns com os outros.
Há um rendimento de nêutrons, mas é bastante pequeno. Grandes perdas de energia devido a bremsstrahlung de raios-X, a grade interna aquece rapidamente e evapora de colisões com átomos e elétrons. Embora o projeto seja interessante do ponto de vista acadêmico (qualquer estudante pode montá-lo), a eficiência da geração de nêutrons é muito menor do que os aceleradores lineares. 
Polywellé um bom lembrete de que nem todo trabalho de fusão é público. O trabalho foi financiado pela Marinha dos Estados Unidos e foi classificado até que resultados negativos fossem obtidos.
A ideia é um desenvolvimento do fusor Farnsworth-Hirsch. O eletrodo negativo central, que apresentava mais problemas, substituímos por uma nuvem de elétrons retida por um campo magnético no centro da câmara. Todos os modelos de teste tinham ímãs regulares, não supercondutores. A reação produziu nêutrons únicos. Em geral, nenhuma revolução. Talvez o aumento de tamanho e os ímãs supercondutores tivessem mudado alguma coisa.
Catálise muônica- uma ideia radicalmente diferente. Pegamos um múon carregado negativamente e o substituímos por um elétron em um átomo. Como o múon é 207 vezes mais pesado que o elétron, os 2 átomos na molécula de hidrogênio estarão muito mais próximos um do outro e a reação de fusão ocorrerá. O único problema é que se o hélio for formado como resultado da reação (chance ~ 1%), e o múon voar com ele, ele não poderá mais participar das reações (porque o hélio não forma um composto químico com hidrogênio).
O problema aqui é que a geração do múon no este momento requer mais energia do que pode ser obtida em uma cadeia de reações e, portanto, a energia ainda não pode ser obtida aqui.
Fusão termonuclear "fria"(isso não inclui catálise de múons "frias") - tem sido um pasto de pseudocientistas. Não há resultados positivos cientificamente confirmados e independentemente repetíveis. E as sensações ao nível da imprensa amarela foram mais de uma vez antes do E-Cat de Andrea Rossi.
reação termonuclearé uma reação de fusão de núcleos leves em núcleos mais pesados.
Para sua implementação, é necessário que os núcleos iniciais ou núcleos leves se aproximem a distâncias iguais ou inferiores ao raio da esfera de ação das forças de atração nuclear (ou seja, até distâncias de 10 -15 m). Essa aproximação mútua dos núcleos é impedida pelas forças repulsivas de Coulomb que atuam entre os núcleos carregados positivamente. Para que ocorra uma reação de fusão, é necessário aquecer uma substância de alta densidade a temperaturas ultraelevadas (da ordem de centenas de milhões de Kelvin) para que a energia cinética do movimento térmico dos núcleos seja suficiente para superar a repulsão de Coulomb. forças. A tais temperaturas, a matéria existe na forma de um plasma. Como a fusão só pode ocorrer em temperaturas muito altas, as reações de fusão nuclear são chamadas de reações termonucleares (do grego. terma"calor, calor").
As reações termonucleares liberam uma energia enorme. Por exemplo, na reação de fusão de deutério com a formação de hélio
\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_2He + \ ^1_0n\)
3,2 MeV de energia são liberados. Na reação da síntese de deutério com a formação de trítio
\(~^2_1D + \ ^2_1D \to \ ^3_1T + \ ^1_1p\)
4,0 MeV de energia são liberados, e na reação
\(~^2_1D + \ ^3_1T \to \ ^4_2He + \ ^1_0n\)
17,6 MeV de energia são liberados.
Arroz. 1. Esquema da reação deutério-trítio
Atualmente, uma reação termonuclear controlada é realizada pela síntese de deutério \(~^2H\) e trítio\(~^3H\). Os estoques de deutério devem durar milhões de anos, e os estoques de lítio facilmente extraído (para produzir trítio) são suficientes para atender às necessidades por centenas de anos.
No entanto, nesta reação, a maior parte (mais de 80%) da energia cinética liberada cai precisamente no nêutron. Como resultado de colisões de fragmentos com outros átomos, essa energia é convertida em energia térmica. Além disso, nêutrons rápidos criam uma quantidade significativa de resíduos radioativos.
Portanto, as mais promissoras são as reações "sem nêutrons", por exemplo, deutério + hélio-3.
\(~D + \ ^3He \to \ ^4He + p\)
Esta reação carece de um rendimento de nêutrons, o que tira uma parte significativa da energia e gera radioatividade induzida no projeto do reator. Além disso, as reservas de hélio-3 na Terra variam de 500 kg a 1 tonelada, mas na Lua são em quantidades significativas: até 10 milhões de toneladas (de acordo com estimativas mínimas - 500 mil toneladas). Ao mesmo tempo, pode ser facilmente obtido na Terra a partir do lítio-6, amplamente distribuído na natureza, usando os reatores de fissão nuclear existentes.
Na Terra, a primeira reação termonuclear foi realizada durante a explosão de uma bomba de hidrogênio em 12 de agosto de 1953 no local de testes de Semipalatinsk. "Seu pai" foi o acadêmico Andrei Dmitrievich Sakharov, que recebeu três vezes o título de Herói do Trabalho Socialista pelo desenvolvimento de térmicas armas nucleares. A alta temperatura necessária para iniciar uma reação termonuclear em uma bomba de hidrogênio foi obtida como resultado da explosão de seu constituinte bomba atômica desempenhando o papel de um detonador. Reações termonucleares que ocorrem durante explosões bombas de hidrogênio, são incontroláveis.
Arroz. 2. Bomba de hidrogênio
Se fosse possível realizar reações termonucleares facilmente controladas em condições terrestres, a humanidade receberia uma fonte de energia quase inesgotável, já que as reservas de hidrogênio na Terra são enormes. No entanto, grandes dificuldades técnicas impedem a implementação de reações termonucleares controladas energeticamente vantajosas. Em primeiro lugar, é necessário criar temperaturas da ordem de 10 8 K. Tais temperaturas ultra-altas podem ser obtidas criando descargas elétricas de alta potência no plasma.
Este método é utilizado em instalações do tipo "Tokamak" (TO-Riodal Camera with Magnetic Coils), criadas inicialmente no Instituto de Energia Atômica. I. V. Kurchatova. Em tais instalações, o plasma é criado em uma câmara toroidal, que é o enrolamento secundário de um poderoso transformador de pulso. Seu enrolamento primário está conectado a um banco de capacitores muito grande. A câmara está cheia de deutério. Quando a bateria de capacitores é descarregada através do enrolamento primário na câmara toroidal, um campo elétrico de vórtice é excitado, causando a ionização do deutério e o aparecimento de um poderoso pulso de corrente elétrica nele, o que leva ao forte aquecimento do gás e da formação de um plasma de alta temperatura no qual uma reação termonuclear pode ocorrer.
Arroz. 3. diagrama de circuito operação do reator
A principal dificuldade é manter o plasma dentro da câmara por 0,1-1 s sem contato com as paredes da câmara, pois não existem materiais que resistam a temperaturas tão altas. Esta dificuldade pode ser parcialmente superada com a ajuda de um toroidal campo magnético, que contém a câmera. Sob a ação de forças magnéticas, o plasma se torce em um cordão e, por assim dizer, "trava" nas linhas de indução do campo magnético, sem tocar nas paredes da câmara.
O início da era moderna no estudo das possibilidades de fusão termonuclear deve ser considerado em 1969, quando uma temperatura de 3 M°C foi atingida em um plasma de cerca de 1 m 3 na instalação russa Tokamak T3. Depois disso, cientistas de todo o mundo reconheceram o design do tokamak como o mais promissor para confinamento de plasma magnético. Alguns anos depois, foi tomada a decisão ousada de criar uma instalação JET (Joint European Torus) com um volume de plasma muito maior (100 m3). O ciclo de operação da unidade é de aproximadamente 1 minuto, pois suas bobinas toroidais são feitas de cobre e aquecem rapidamente. Esta instalação começou a operar em 1983 e continua sendo o maior tokamak do mundo, fornecendo aquecimento a plasma a uma temperatura de 150 M°C.
Arroz. 4. Projeto do reator JET
Em 2006, representantes da Rússia, Coreia do Sul, China, Japão, Índia, União Européia e Estados Unidos assinaram um acordo em Paris para iniciar as obras de construção do primeiro Reator Experimental Termonuclear Internacional (International Tokamak Experimental Reactor - ITER). As bobinas magnéticas do reator ITER serão baseadas em materiais supercondutores (que, em princípio, permitem operação contínua, desde que a corrente no plasma seja mantida), então os projetistas esperam fornecer um ciclo de trabalho garantido de pelo menos 10 minutos.
Arroz. 5. Projeto do reator ITER.
O reator será construído próximo à cidade de Cadarache, localizada a 60 quilômetros de Marselha, no sul da França. O trabalho de preparação do local começará na próxima primavera. A construção do próprio reator está programada para começar em 2009.
A construção durará dez anos, espera-se que o trabalho no reator seja realizado dentro de vinte anos. O custo total do projeto é de aproximadamente US$ 10 bilhões. Quarenta por cento dos custos serão arcados pela União Européia, sessenta por cento cairão em partes iguais sobre o restante dos participantes do projeto.
Outra maneira de atingir esse objetivo é a fusão a laser. A essência deste método é a seguinte. Uma mistura congelada de deutério e trítio, preparada na forma de bolas com diâmetro inferior a 1 mm, é irradiada uniformemente de todos os lados com poderosa radiação laser. Isso leva ao aquecimento e evaporação da substância da superfície das bolas. Neste caso, a pressão no interior das bolas aumenta para valores da ordem de 10 15 Pa. Sob a ação de tal pressão, ocorre um aumento na densidade e um forte aquecimento da substância na parte central das bolas, e uma reação termonuclear começa.
Em contraste com o confinamento de plasma magnético, no confinamento a laser, o tempo de confinamento (ou seja, o tempo de vida de um plasma com alta densidade e temperatura, que determina a duração das reações termonucleares) é de 10-10-10-11 s; portanto, LTS só pode ser realizado em modo pulsado. A proposta de usar lasers para fusão termonuclear foi feita pela primeira vez no Instituto de Física. P. N. Lebedev Academia de Ciências da URSS em 1961 N. G. Basov e O. N. Krokhin.
O Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia, concluiu (maio de 2009) a construção do complexo de laser mais poderoso do mundo. Foi chamado de "Planta Incendiária Nacional" (US National Ignition Facility, NIF). A construção durou 12 anos. No complexo de laser 3,5 bilhões de dólares foram gastos
Arroz. 7. Diagrama esquemático do ULS
O NIF é baseado em 192 lasers poderosos que serão direcionados simultaneamente a um alvo esférico milimétrico (cerca de 150 microgramas de combustível termonuclear - uma mistura de deutério e trítio; no futuro, o trítio radioativo poderá ser substituído por um isótopo leve de hélio-3 ). Como resultado, a temperatura alvo atingirá 100 milhões de graus, enquanto a pressão dentro da bola será 100 bilhões de vezes maior que a pressão da atmosfera terrestre.
Os defensores do uso de reatores de fusão para gerar eletricidade apresentam os seguintes argumentos a seu favor:
A fusão termonuclear controlada é um processo físico interessante que (até agora em teoria) pode salvar o mundo da dependência energética dos combustíveis fósseis. O processo é baseado na síntese de núcleos atômicos de núcleos mais leves para núcleos mais pesados com a liberação de energia. Ao contrário de outro uso do átomo - liberando energia dele em reatores nucleares durante o decaimento - a fusão no papel não deixará praticamente nenhum subproduto radioativo. Esperanças particulares são colocadas no reator ITER, cuja criação custou uma quantia insana de dinheiro. Os céticos, no entanto, contam com o desenvolvimento de corporações privadas.
Em 2018, cientistas deram a notícia de que, apesar das preocupações aquecimento global, o carvão gerou 38% da eletricidade mundial em 2017 - exatamente a mesma quantidade de quando os primeiros alertas climáticos apareceram há 20 anos. Pior ainda, as emissões de gases de efeito estufa aumentaram 2,7% no ano passado, o maior aumento em sete anos. Essa estagnação levou até políticos e ambientalistas a começarem a pensar que precisamos de mais energia nuclear.
